DE2605653B2

DE2605653B2 - EXHAUST FLOW DUCT FOR A SHELL-FLOW GAS TURBINE ENGINE

Info

Publication number: DE2605653B2
Application number: DE19762605653
Authority: DE
Inventors: Leonard John Spondon Derbyshire; Stuart Alan Ashby-de-la-Zouch Leicestershire; Rodgers (Großbritannien)
Original assignee: Rolls-Royce (1971) Ltd, London
Priority date: 1975-02-14
Filing date: 1976-02-12
Publication date: 1977-09-22
Also published as: DE2605653C3; US4052847A; JPS51106814A; DE2605653A1; FR2300899A1; FR2300899B1; IT1055076B; GB1504793A

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasströmungskanal für ein Manieistrom-Gasturbinentriebwerk der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Ein solcher Abgasströmungskanal ist aus der Literaturstelle AIAA-Paper Nr. 73-8, Seite 3 bekannt. Hierbei sind die die Abgasdüse bildenden Wellungen am Strahlrohr fixiert, und über den Zusatzlufteinlaß kann Umgebungsluft außen, zwischen die Wellungen eintreten, wenn die in diesem Einlaß angeordneten Luftklappen geöffnet sind. Bei geschlossenen Zusatzlufteinlaßöffnungen findet außen zwischen den Wellungen des Düsenkörpers keine Strömung statt. Daher müssen unter Betriebsbedingungen, bei denen keine Zusatzluft erforderlich ist, schwerwiegende Leistungsverluste in Kauf genommen werden, weil das Fehlen der Zusatzluftströmung zwischen den Weüungen eine zu schnelle radiale Ausdehnung der Gasströmung und/oder der Luftströmung durch die WeSlungen bewirkt, nachdem diese Strömungen aus dem Abgasströmungskanal austreten, und es besteht dabei sogar die Gefahr einer Rückströmung mit den hiermit verknüpften Schubverlusten. The invention relates to an exhaust gas flow channel for a Manieistrom gas turbine engine of the type specified in the preamble of claim 1. A Such an exhaust gas flow channel is known from AIAA Paper No. 73-8, page 3. Here are the The corrugations forming the exhaust nozzle are fixed to the jet pipe, and ambient air can be drawn in via the additional air inlet outside, enter between the corrugations when the air flaps arranged in this inlet are opened are. When the additional air inlet openings are closed, the outside takes place between the corrugations of the nozzle body no current taking place. Therefore, under operating conditions that do not require additional air, serious performance losses are accepted because of the lack of additional air flow Radial expansion of the gas flow and / or air flow that is too rapid between the turns caused by the windings after these flows exit the exhaust gas flow channel, and there is even the risk of a backflow with the associated thrust losses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Abgasströmungskanal eines solchen Mantelstrom-Gasturbinentriebwerks so auszubilden, daß in jeder Betriebsstellung eine optimale Ausströmung gewährleistet und eine durch Rückströmung bedingte Schubverminderung ausgeschaltet wird.The invention is based on the object of the exhaust gas flow channel of such a bypass gas turbine engine to be trained in such a way that an optimal outflow is guaranteed in every operating position and a reduction in thrust caused by backflow is eliminated.

Gelöst wird die gestellte Auigabe durcn die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale Auf diese Weise wird erreicht, daß in jeder Betriebsstellung auch außen durch die Wellungen eine Strömung stattfindet, die als Ringstrom den Hauptgasstrahl umgibt und so das vorzeit.ge ADlösen verhindert. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung im die Strömungsmischvorrichtung im Abgasströmungskanal so angeordnet, daß beim Einbau des Abgasströmungskanals in einem Mantelstrom-Gasturbinentriebwerk die Strömungsmischvorrichtung axial im Abstand zu dem Kerngasgenerator stromab desselben angeordnet ist Die Zusatziuftklappen sind dann zweckmäßigerweise in dem axialen Bereich zwischen dem Auslaß des Kerngasgenerators und der von den Wellungen gebildeten Mischvorrichtung angeordnet, und zwar derart daß gleichzeitig mit der öffnung des Zusatzlufteinlasses die Mantelströmung nach innen abgelenkt wird und innen die Mischvorrichtung durchströmt.The stated Auigabe is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1. In this way it is achieved that in every operating position a flow takes place through the corrugations, which surrounds the main gas jet as a ring flow and thus prevents the premature release of the gas. According to a further embodiment of the invention, the flow mixing device is arranged in the exhaust gas flow channel so that when the exhaust gas flow channel is installed in a bypass gas turbine engine, the flow mixing device is arranged axially at a distance from the core gas generator downstream of the same and the mixing device formed by the corrugations, namely in such a way that, at the same time as the opening of the additional air inlet, the jacket flow is deflected inward and flows through the mixing device on the inside.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigtAn embodiment of the Invention described with reference to the drawing. In the drawing shows

Fig 1 einen Axialschnitt eines Mantelstrom-Gastuirbinentriebwerks mit abschließbarem Zusatzlufteinlaß,Fig. 1 is an axial section of a bypass gas turbine engine with lockable additional air inlet,

Fig 2 eine perspektivische Teilansicht der Strömungsmischvorrichtung in Gestalt eines sternförmig gewellten Rohrabschnitts.Fig. 2 is a partial perspective view of the flow mixing device in the form of a star-shaped corrugated pipe section.

Gemäß F i g. 1 weist das Mantelstrom-Gasturbinentriebwerk einen Kerngasgenerator 10 mit einer Frontgebläsestufe 12 auf, die zusammen mit dem Kerngasgenerator 10 von einem Gehäuse umschlossen ist das sich über den Kerngasgenerator 10 stromab erstreckt und dort einen Abgasströmungskanal 16 bildet. Der stromaufwärtige Abschnitt 18 des Gehäuses bildet mit dem Kerngasgenerator 10 zusammen einen Mantelstromkanal 20, der bei 22 in der gleichen Ebene endet, in der der Heißgasauslaß 24 des Kerngasgenerators 10 liegt. .According to FIG. 1 shows the bypass gas turbine engine a core gas generator 10 with a front blower stage 12, which together with the The core gas generator 10 is enclosed by a housing that extends downstream via the core gas generator 10 extends and forms an exhaust gas flow channel 16 there. The upstream portion 18 of the housing forms with the core gas generator 10 together a sheath flow channel 20, which at 22 is in the same plane ends, in which the hot gas outlet 24 of the core gas generator 10 is located. .

Das Gehäuse ist mit einem ringförmigen Zusatzlufteinlaß 26 ausgestattet, der den Axialraum zwischen dem stromabwärtigen Ende 22 des Mantelstromkanals 20 bzw. dem stromabwärtigen Ende 24 dss Kerngasgenerators 10 und einer Strömungsmischvorrichtung 36 erstreckt, die im Abgasströmungskanal 16 angeordnet ist Der Zusatzlufteinlaß 26 ist durch radial äußere Schwenkklappen 28 und radial innere Schwenkklappen 30 absperrbar, die schwenkbar an der stromaufwärtigen Lippe des Einlasses 26 angelenkt sind.The housing is provided with an annular auxiliary air inlet 26, which defines the axial space between the downstream end 22 of the sheath flow channel 20 or the downstream end 24 of the core gas generator 10 and a flow mixing device 36 extends, which is arranged in the exhaust gas flow channel 16 The auxiliary air inlet 26 is through radially outer Swivel flaps 28 and radially inner swivel flaps 30 lockable, the pivotable on the upstream Lip of the inlet 26 are hinged.

Der Abgasströmungskanal 16 endet in einer Schubdüse 32 mit veränderbarer Qucrschnittsfläche, die von mehreren Schwenkklappen 34 gebildet ist, deren Schwenkachse gegenüber ihrem stromaufwärtigen Ende etwas nach hinten zurückversetzt ist.The exhaust gas flow channel 16 ends in a thrust nozzle 32 with a variable cross-sectional area, which is from a plurality of pivot flaps 34 is formed, the pivot axis of which is opposite to its upstream At the end is set back a little.

Die Strömungsmischvorrichtung 36 ist koaxial im Abgasströmungskanal 16 untergebracht und in diesem über mehrere Radialstreben 38 gehaltert. Am stromabwärtigen Ende dieser Strömungsmischvorrichtung sind mehrere sternförmige Wellungen 40 ausgebildet, die bewirken, daß die Abgasströmung des Kerngasgenerators 10 in mehreren Einzelströmen nach außen ausgedehnt wird, wenn die Strömung innen durch die Wellungen abfließt, wobei gleichzeitig außen abfließende Einzelströme kalter Gebläseluft oder Zusatzluft radial nach innen strömen, wodurch eine größereThe flow mixing device 36 is housed coaxially in and in the exhaust gas flow channel 16 supported by several radial struts 38. At the downstream end of this flow mixing device A plurality of star-shaped corrugations 40 are formed which cause the exhaust gas flow of the core gas generator 10 is expanded outward in several individual streams when the flow through the inside Corrugations flows away, with individual flows of cold blown air or additional air flowing away from the outside at the same time flow radially inwards, creating a larger

Mischoberfläche zustande kommt, als es dann der Fall wäre, wenn der Auslaß rein zylindrisch ist und Gas und Luft in Ringströmen abfließen. Die Zusatzluft wird durch Verschwenken der Klappen 28, 30 nach innen nach den in Fig. 1 strichpunktiert angegebenen Stellungen eingeführt. In dieser Stellung befinden sich die Stromabwärligen Enden der Klappen 30 in drr Nähe der stromaufwärtigen Lippe der Mischvorrichtung 36, und in der Prax'F können sie diese stromaufwärtige Lippe sogar überlappen. Dabei ist es wesentlich, daß ein Kanal geschaffen wird, der sich vom Zusatzlufteinlaß 26 nach der stromabwärtigen Lippe der Mischvorrichtung 36 erstreckt, so daß die Zusatzluft zwischen den Wellungen 40 hindurchgezwängt wird und mit Gebläseluftströmungen in Verbindung gelangt, wobei die Heißgase durch die Wellungen gedrückt werden und hierdurch eine wirksame Vermischung der drei Strömungen stattfindet, bevor über den Abgaskanal 16 ein Ausblasen nach der Atmosphäre stattfindet.Mixing surface comes about than would be the case if the outlet is purely cylindrical and gas and Air flow off in ring currents. The additional air is by pivoting the flaps 28, 30 inward introduced after the positions indicated by dash-dotted lines in FIG. In this position are the downstream ends of the flaps 30 in close proximity the upstream lip of the mixing device 36, and in practice you can use this upstream Even overlap the lip. It is essential that a channel is created which extends from the additional air inlet 26 after the downstream lip of the mixer 36 extends so that the additional air between the Corrugations 40 is forced therethrough and comes into communication with fan air currents, the Hot gases are pressed through the corrugations and thereby an effective mixing of the three currents takes place before a blow-out to the atmosphere takes place via the exhaust gas duct 16.

Um eine Anpassung an die drei Strömungssituationen zu erreichen, wird die Querschnittsfläche der variablen Düse 32 vergrößert, indem die Klappen 34 nach außen geschwenkt werden, wodurch außerdem eine ringförmige Auslaßdüse bei 42 gebildet wird, die zusammen mit der vergrößerten Fläche der Düse 32 eine genügend große Querschnittsfläche bildet, um den erwünschten Vortriebseffekt aus den Strömungen abzuleiten.In order to adapt to the three flow situations, the cross-sectional area of the variable The nozzle 32 is enlarged by pivoting the flaps 34 outward, which also creates an annular shape Outlet nozzle is formed at 42, which together with the enlarged area of the nozzle 32 is a sufficient large cross-sectional area forms in order to derive the desired propulsion effect from the currents.

Im Betrieb können die Klappen 28, 30 und 34 durch den Flugzeugführer in Stellung gebracht werden, in denen für eine gegebene Flugbedingung die geringste Lärmbelästigung zu befürchten ist.In operation, the flaps 28, 30 and 34 can be brought into position by the pilot in for which the least amount of noise pollution is to be feared for a given flight condition.

Wenn sich das Flugzeug beispielsweise im Reiseflug befindet, sind die Klappen so zu stellen, daß Zusatzluft vom Abgaskanal 16 ferngehalten wird, und die Düse 32 ist an ihre kleinste Querschniufläche, wie voll ausgezogen in F i g. 1 dargestellt, einzustellen. Hierbei wird die geringste Geräuschabschwächung erlangt, aber dies ist nicht wichtig, weil sich das Flugzeug bereits in einer Reiseflughöhe befindet. Außerdem strömt im wesentlichen die gesamte Gebläseluft zwischen den Wellungen ab, wodurch eine Rezirkulation bzw. Rückströmung heißer Gase in diese Räume verhindert wird. Wenn dagegen das Flugzeug startet oder landet, werden sämtliche Klappen in die strichpunktiert angedeuteten Stellungen (Fig. 1) überführt, was zur Folge hat, daß eine maximale Vermischung heißer und kalter Strömungen erlangt wird. Hierdurch wird die Geschwindigkeit der heißen Gase herabgemindert, was wiederum eine maximale Geräuschminderung ⁷.ur Folge hat.For example, when the aircraft is cruising, the flaps are to be set so that additional air is kept away from the exhaust duct 16, and the nozzle 32 is at its smallest cross-sectional area, as fully drawn in FIG. 1 shown. The least amount of noise attenuation is achieved here, but this is not important because the aircraft is already at a cruising altitude. In addition, essentially all of the blower air flows out between the corrugations, which prevents recirculation or backflow of hot gases into these spaces. If, on the other hand, the aircraft takes off or lands, all flaps are moved into the positions indicated by dash-dotted lines (FIG. 1), with the result that maximum mixing of hot and cold currents is achieved. In this way, the speed of the hot gases is diminished, which in turn has a maximum noise reduction ⁷ .ur result.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Exhaust gas flow duct for a bypass gas turbine engine with a lockable Auxiliary air inlet at a location along the length of the exhaust gas flow duct and with a flow mixing device downstream of the auxiliary air inlet, the flow mixing device being a coaxial Has lying within the exhaust gas flow channel body, which is at a radial distance from the Channel wall is and equipped on its downstream circumference with star-shaped corrugations is, characterized in that the Corrugations (40) are arranged such that during one mode of operation of the exhaust gas flow channel (16) Corrugations (40) only ambient air, through the additional air inlet (26). has occurred between them lead, while in a further operating mode of the exhaust gas flow channel (16) from a mixed flow Blown air and hot gas from a core gas generator (10) flows through the corrugations, the Ambient air is shut off and the corrugations (40) between them blown air from the sheath flow duct (20) obtained, with which the exhaust gas flow channel (16) is connected in series in the flow direction in both operating modes.

2. Exhaust gas flow channel according to claim 1, characterized in that the flow mixing device (36) is arranged in the exhaust gas flow channel (16) so that when installing the exhaust gas flow channel (16) in the bypass gas turbine engine, the flow mixing device (36) is axial is arranged at a distance from the core gas generator (10) downstream thereof.

3. exhaust gas flow channel according to claim 1, characterized in that a plurality of flaps (28,30) to open and close the additional air inlet (26) are provided to the two operating modes of the exhaust gas flow channel (16) to be able to adjust.